JP5015803B2 - 区間の長さを測定する方法並びにこの方法を実施する装置 - Google Patents

Description

本発明は、距離測定装置を用いて区間の長さを測定する方法並びにこの方法を実施する装置に関する。

従来技術
距離測定装置、殊に手持ち式距離測定装置（例えばオプトエレクトロニクス距離測定器または超音波距離測定装置）自体は、以前から知られており、市場で入手可能である。このような機器は変調された測定ビーム、例えば光ビームをレーザビームの形状で送出する。この測定ビームは、所望の目標対象物に配向され、この目標対象物から機器までの間隔が求められる。目指された目標対象物から反射された、または散乱された、戻ってくる測定信号はこの機器のセンサによって少なくとも部分的に再び検出され、測定機器と目標対象物との間の測られる距離を求めるために使用される。

このような機器の典型的な使用領域は例えば手工業、建設業または室内改築の領域であり、このような領域では使用者は、特定の区間、面積または体積をできるだけ迅速に、かつ高い精度で求めるという課題を有している。例えば測量するために、基準面が割り当てられているこのような距離測定装置は、例えば第１の壁に向かって保持され、装置の操作ユニットを操作することによって測定信号が送出され、このようにして例えば、測られるべき第２の壁までの距離が測定される。このような距離測定装置では測定信号は典型的に１つの方向へ送出されるので、測定機器の基準面（すなわち、機器によって測定される距離の基準とされる面）をできるだけ正確に、突き止められるべき区間の零点に配置することが必要とされる。

ＤＥ１０２５３６６９Ａ１号から、測定極値方法でのレーザー式距離手持ち測定機器が公知である。ここでは第１のステップでレーザー式距離手持ち測定機器の入力手段が操作される。この入力手段は測定シーケンスをトリガする。この測定シーケンスの間に、第２のステップにおいてレーザー式距離手持ち測定機器によってトリガされた個々の距離測定が行われる。第３のステップでは、ＤＥ１０２５３６６９Ａ１号のレーザー式距離手持ち測定機器によって、これらの個別測定から、測定シーケンスに関した少なくとも１つの極大値ないし極小値が突き止められる。この少なくとも１つの極小値および少なくとも１つの極大値からレーザー式距離手持ち測定機器は、測定シーケンスに関する極値差を求める。次にこの極値差から例えば、面（壁または天井等）に相対する、対象物（配線または上張り等）の正確な位置を推測することができる。従って、例えば壁突出部の深さを、ＤＥ１０２５３６６９Ａ１号の極値測定方法を介して突き止めることができる。

ＤＥ１９８３６８１２Ａ１号から、位相測定方法または伝播時間測定方法による距離測定のための手持ち式測定機器が公知である。ここでは測定機器の計算ユニット内に、用途に関連した測定タスクを解決するための多数の測定ルーチンが記憶されている。これらの測定ルーチンはそれぞれ測定機器のキー領域のキーを介して呼び出され、機器の表示領域に表示される。ＤＥ１９８３６８１２Ａ１号の手持ち式測定機器の使用者は、機器の表示領域内に表示された一連のメニューを介してこのような測定ルーチンを選択した後に、個々の順次連続して行われるべき個別区間測定を行うように促される。これらの個別区間測定の結果から、測定機器の計算ユニットは所望の区間、面積または測られるべき体積を計算する。

従来技術の機器から出発して本発明の課題は、使用者に、容易かつユーザーフレンドリーな区間測定経過を提供することである。使用者はこれによって殊に直接的に測定不可能な距離を突き止めることができる。

本発明の上述の課題は、請求項１の特徴部分に記載された、区間の長さを測定する方法ないし、請求項７の特徴部分に記載された、測定機器によって解決される。

発明の利点
本発明による区間の長さを測定する方法では、第１のステップにおいて距離測定装置の入力手段が操作される。これは次に、距離測定の測定シーケンスをトリガする。本発明による方法の第２のステップでは、この測定シーケンスの間に、測定機器の個別距離測定が、測定されるべき距離に対して横向きに行われる。これらの個別測定から、更なるステップにおいて、測定されるべき区間に対する測定機器の横方向距離（Querdistanz）の少なくとも１つの極大値および少なくとも１つの極小値が突き止められ、これらの極大値および極小値から、区間の求められるべき長さが求められる。

要求された、区間の長さを突き止める間接的な測定モードによって、使用者は、経過において、測定されるべき区間にわたって距離測定装置の向きを変える、ひいては測定信号を旋回させるだけで、この区間の長さを突き止めることができる。使用者は殊に、もはや個別測定の測定シーケンスに頼る必要がない。使用者は、測定シーケンスを開始させ、測定されるべき区間にわたって測定信号を旋回させるだけでよい。この、測定されるべき区間にわたるスキャン中に求められた、測定装置と測定されるべき区間との間の距離から区間の望まれている長さが突き止められる。

これは有利には距離測定装置自体によって行われる。

有利には、角度を検出する必要はない。これによって、コンパクトかつ低価格の測定機器が実現される。なぜなら、相応する距離測定装置内に角度測定器を組み込まなくてよいからである。

相応する評価アルゴリズムは、個別測定の測定シーケンスから、測定されるべき区間までの測定機器の測定された横方向距離の少なくとも１つの極大値と少なくとも１つの極小値を選択し、これらから、殊に三角関数を用いて、測定されるべき区間の所望の長さを求める。区間長を突き止める際に極値を使用することによって、角度を正確に測定する（すなわち検出する）必要がなくなる。なぜなら、測定されるべき区間までの横方向距離の測定された極小値は鉛直方向（Lotrichtung）を定め、従って、目下の測定方向と測定されるべき区間の配向方向との間に９０°の角度が存在することを示すからである。

従属請求項に記載された特徴によって、独立請求項に記載された方法の有利な発展形態が可能になる。

本発明による方法の有利な構成は、測定されるべき区間の長さを、少なくとも２つの極大値、殊に、距離測定装置と測定されるべき区間との間の距離の２つの局部的な極大の値と、この測定された区間の極小値から求める。このような評価の場合には、突き止められるべき区間の長さの測定は、区間の位置に対して相対的な距離測定装置の位置に依存しないで実行可能である。区間は有利には、突き止められるべき区間に対して横向きで行われる一連の個別測定から突き止められる。これは使用者に対して、測定プロシージャが格段に容易になることを意味する。この測定方法では、使用者は、自身の位置から単に、測定されるべき区間の開始点に照準を定め、測定されるべき区間の終点まで、この区間にわたって測定信号の向きを変えるだけでよい。殊に、距離測定装置の基準点を、測定されるべき区間の零点に定める必要はもはやない。これによって、従来の方法ではアクセス困難であった区間の測定が可能になる。

有利には、本発明の方法は、距離測定装置の入力手段を操作することによって開始され、このような入力手段を新たに操作することによって終了される。

本発明による方法の択一的な実施形態では、距離測定装置の入力手段が操作され続けている間はこの方法が実行される。すなわち区間長の測定は、入力手段が離されることによって終了される。

従って例えば、測定されるべき区間の求められた各長さを、既に測定シーケンスの間に、使用されている距離測定装置の出力ユニットを介して使用者に目下の情報として伝達することも可能である。このようにして例えば、未知の区間の長さだけを突き止めるのではなく、所定の長さの部分距離を比較的長い未知の区間長上にとることも可能である。

本発明の方法を実行する距離測定装置は有利には少なくとも１つの入力手段を有している。ここでこの入力手段は、測定装置と測定されるべき区間との間の横方向距離測定の測定シーケンスを起動させることができる。この測定シーケンスから、極値、例えば、測定されるべき区間に対する測定機器の横方向距離の２つの局部的な極大値と絶対的な極小値が距離測定装置の計算ユニットによって求められ、これらの極値から測定されるべき区間の長さが計算される。

このようにして求められた区間長ないし、測定されるべき区間までの距離測定装置の横方向距離は、音響的または視覚的な出力ユニットを介して、例えば光学式ディスプレイを介して、距離測定装置の使用者に伝達される。

本発明による方法を実行する距離測定装置の有利な構成は、少なくとも１つの光源、例えばレーザー、殊に半導体レーザーダイオードを、変調された光学放射線の生成ないし送出のために有している。

このような変調されたビームによって、伝播時間測定方法ないし位相測定方法を介して測定されるべき区間に対する必要な距離が求められる。

本発明の方法を実行する距離測定装置は有利にはレーザー距離測定器として、殊に手持ち式レーザー距離測定器として構成されている。これは、次のことによって区間の長さを測定することを可能にする。すなわち、使用者が測定信号を、殊に変調された光学信号の形状の測定信号を、測定されるべき区間の開始点からこの区間の終点まで方向転換させ、測定されるべき区間に対して横向きの複数の距離測定から、旋回角度を測定することなく、測定されるべき区間の長さを突き止めることによって区間の長さを測定することを可能にする。

従って本発明によるこの方法によって使用者は、そのために使用されている距離測定装置を正確に、区間の零点に定めることなく、区間の長さを突き止めることができる。殊に本発明の方法は、測定されるべき区間の配置方向に対して横向きに距離を測定することによって、区間長を測定することを可能にする。

本発明による方法ないし本発明による方法を実行する距離測定装置のさらなる利点を、図並びに属する説明に記載する。

図面
図には、本発明による距離測定方法の実施例が示されており、これを以下で詳細に説明する。図、その説明並びに本発明の構成要件に対して向けられた請求項は多数の特徴を組み合わせて有している。当業者はこれらの特徴ないしそれに向けられた請求項を個々に見て、別の有利な組み合わせおよび請求項にまとめることができるだろう。

図
図１は、本発明による方法を明確にするために区間長測定を概略的に示した図であり、
図２は、測定状況の概略図における、本発明による方法の第１の実施例であり、
図３は、択一的な測定状況の概略図における、本発明による方法の第２の実施例であり、
図４は、本発明による方法の幾つかのステップを示すフローチャートであり、
図５は、本発明による方法を使用した角度測定の概略図である。

図１は、本発明による方法に基づく測定状況を概略図で示している。本発明による方法は、測定されるべき区間に対して横向きに行われる距離測定の測定シーケンスを用いて区間Ｓの長さを突き止めることを可能にする。ここで、図１の実施例ではレーザー距離測定器２２として構成されている距離測定装置２０は、例えば測定キー２４によって構成された入力手段を介して、複数の個別測定１０〜１６のために起動される。このために、使用者は自身の立ち位置から、測定ビーム１０によって、測定されるべき区間の開始点２６に照準を定め、測定機器２２と測定されるべき区間Ｓとの間の距離測定を開始する。この第１の測定値は、距離測定装置２０内に設けられている記憶媒体ないしは相応に構成されたソフトウェアによって記憶される。

使用者はここで距離測定装置２０の向きを次のように変える。すなわち、測定信号が、測定されるべき区間Ｓをスキャンするように変える。旋回運動の間、各距離の複数の個別測定１０〜１６が、目下の旋回方向に沿って行われる。各測定では、区間上の開始点までの測定機器の間隔が測定されることによって、区間までの測定装置の各横方向距離が突き止められる。従って、図１の実施例における距離測定の測定シーケンスは７つの個別距離測定１０〜１６から成る。この個別測定の距離は、距離測定装置２０の評価ユニットによって求められ、図１の実施例の距離測定１３に相応した少なくとも最小距離と、極小値の通過後に得られる第２の局部的な最大値（図１の実施例ではこれは測定１６である）が記憶される。

測定放射線の旋回運動が、使用者によって所望された区間の終点２８に達すると、使用者は測定キーを再度操作することによって、ないしは測定キーを離すことによって、測定過程を終了させることができる。旋回運動の間、測定されるべき区間にわたって実行された距離測定の測定シーケンスから、図１の実施例で個別測定１３に相応する極小値並びに、図１の実施例では個別測定１０ないし１６である２つの局部的極大値が選択され、距離測定装置２２の計算ユニットに供給される。

これらの３つの記憶された測定値から、三角方程式を用いて、区間Ｓの所望の距離が求められる。従って区間Ｓは、２つの区間Ｓ１とＳ２の合計としてあらわれる。ここで区間Ｓ１ないしＳ２は、ピタゴラスの定理を介して、測定１０および１３ないし１６および１３の求められた横方向距離から、公知の方法で求められる。区間長を定める際に極値を使用することによって殊に、装置の旋回角度を検出する、すなわち測定する必要がなくなる。なぜなら、測定されるべき区間Ｓに対する横方向距離の測定された極小値１３は鉛直方向を定め、これによって目下の測定方向１３と、測定されるべき距離Ｓの配置方向との間に９０°の角度が存在することを示すからである。このようにして、ピタゴラス定理を１回または複数回使用することによって、所望の区間の長さが求められる。

有利には、測定されるべき区間の長さは、この区間に対して横向きの距離測定によって求められる。本発明の方法の場合には距離測定装置はもはや、測定されるべき区間に対して平行に配向される必要はない。さらに、距離測定装置の基準点を、測定されるべき区間の開始点に置く必要もない。所望の区間長を突き止めるために必要な測定データも、使用者の旋回運動中に、距離測定装置によって自立的に検出される。使用者はもはや、必要なデータを得るために、一連の個別測定を行う必要はない。

レーザー距離測定器２２は図１の実施例では、グラフィックディスプレイ３８の形状の出力ユニットを有している。この出力ユニット上には、個別測定の結果、並びに測定されるべき区間のサイズが再生される。さらに距離測定装置は、複数の操作ユニットを有する操作領域４０を有している。これらの操作ユニットを介して個別測定プログラム（例えば区間測定、面積測定または体積測定）が呼び出される。操作領域４０の操作キー４２を介して例えば、本発明による区間の長さを突き止める方法が選択される。次にこの測定は測定キー２４の操作を介して開始および終了される。

従って要求された測定方法によって使用者は、個別の測定過程において、距離測定装置の向きを測定されるべき区間にわたって変えることによって、区間の所望の長さを突き止めることができる。このために使用者は単に、変調された測定信号を測定されるべき区間に沿って案内すればよいだけである。有利には、距離測定装置内に組み込まれる制御プログラムおよび評価プログラムは、旋回運動中に実行された、距離測定装置と測定されるべき区間との間の距離測定から、距離の極小値並びに２つの局部的な極大値を選択する。これらの３つの求められた距離から、測定されるべき区間の長さが計算によって求められる。これは有利には、角度情報を検出しなくても実行可能である。従って有利には角度測定器を、距離測定装置内に組み込まなくてよい。使用者は、距離測定機器を所定の回転点を中心に旋回させることに注意するだけでよい。従って使用者は本発明の方法を用いて、距離測定装置によって、測定されるべき区間に対して横向きに距離測定を行うだけで、区間の長さを求めることができる。殊に、距離測定装置ないしこの装置の基準点を測定されるべき区間の開始点または終点に設定することも必要ない。

従って本発明の方法によって、比較的良好な精度で区間の長さを、遠くからでも測定することができる。

本発明の方法は、走査する測定信号によって測定されるべき区間の開始点および終点を使用者が比較的良好に見つけることを前提条件にする。なぜならこれらの点は大抵、測定されるべき区間に対して横向きの距離測定の局部的極大値も定め、ひいては所望の区間の長さも定めるからである。

実際には、すなわち現場での具体的な測定状況では、使用者が、測定されるべき区間の開始点ないし終点を見つけるのが困難な条件が生じる。

図２で概略的に示されたシナリオは例えば空間の角を示している。区間Ｓを走査するための最初の測定および最後の測定の際に、空間の角３０および３２が当て損なわれ、その代わりに測定９ないし１７によって、点３４ないし３６に照準が当てられ、測定される場合、本発明による方法の評価アルゴリズムはそれにもかかわらず、測定シーケンス９から１７の横方向距離の局部的極大値として、測定１０および１６を求める。ここでは例えば、局部的極大値１０ないし１６は、個々の横方向距離相互の相対的変化の評価を介して求められる。測定されるべき区間に対して横向きの、距離の局部的極大値はこの場合には、個別測定１０の方向において得られる。なぜなら、測定９、１１または１２の距離は比較して短いからである。従って、所望の区間Ｓの長さを計算するために、正しい極値が求められる。

図３は同じように、それによって測定値が誤ってしまう恐れがある、起こり得るシナリオを示している。図３に概略的に示されたシナリオは例えば家の壁をあらわしており、この壁の長さＳが突き止められるべきである。測定シーケンス最初の測定および最後の測定９ないし１７の際に、壁にねらいが定められないと、測定ききは、距離測定装置２２と測定されるべき区間Ｓのとの間の横方向距離の誤った極大値を求めてしまうだろう。しかしこの場合には、２つの直接的に順次連続する個別測定（ここでは測定９と１０ないしは１６と１７）の大きな距離変化が生じているので、これは例えば機器内のソフトウェア内に格納されている相応の評価ロジックによって検出され、区間Ｓの長さを求める際に考慮される。

従って本発明による方法では、極値（局部的極大値ないし極小値）が、所望の区間の長さを突き止めるために、測定シーケンス内での距離の相対的な変化を考慮する計算規則によって求められる。従って、個別横方向測定の求められた距離における大きな離散した跳躍が除外される。図３に概略的に示されたシナリオではこれは、例えば測定１７が、区間Ｓの区間長を求めるために使用されないということを意味する。なぜなら、この測定は、隣接している、直前に行われた測定１６と比較して、測定機器２２と、測定されるべき壁部との間の測定距離において格段の変化を有しているからである。この代わりに、距離の局部的極大値として、測定装置の計算ユニットおよび評価ユニットによって、測定１６の距離が使用される。なぜならこの値が、一連の横方向距離における、測定１３から始まって、継続的かつ均一に大きくなっている最後の値だからである。

従って図３の実施例では、区間Ｓの長さは距離測定１０、１３および１６から求められる。従って本発明の方法によっては、測定結果の計算に用いられる極値は計算アルゴリズムによって、妥当性検査される。ここでは例えば次のことが問い合わせされる。すなわち、距離測定の測定シーケンスの順次連続する２つの値が著しく異なった測定結果を供給するか否かが問い合わせされる。

求められた極値の妥当性検査のためのこのようなアルゴリズムは、使用者にとって、本発明による方法の操作および使用が格段に容易になることを意味する。従って本発明の測定モードでは使用者は、測定されるべき区間のおおよその元来の開始点前から、測定シーケンスおよびその方向転換を開始し、やむをえないときにはこの測定シーケンスを、測定されるべき区間の終点を越えて行うこともできる。なぜなら、本発明による方法のプログラム制御部は正しい、すなわち妥当な測定値を、相応するフィルタリングアルゴリズムによって選択するからである。

図４は、本発明による方法の個々のステップをフローチャートの形式で示している。

ステップＳ_１では、本発明の方法を実行する距離測定装置で、この方法を行う測定モードが選択される。これは例えば、図１〜図３に示されたように、操作領域４０のモードキー４２を操作することによって行われる。測定モード４２の選択によって本発明の距離測定装置は本発明による方法に設定され、例えばステップＳ_２として連続的な測定ビームが測定装置から送出される。スタートキー、例えば実施例１〜３の測定キー２４を操作することによって、ステップＳ_３において距離測定の測定シーケンスが開始される（Ｓ_４）。距離測定の測定シーケンスの間、使用者はこの方法のさらなるステップＳ_５において、距離測定装置から送出される測定信号の向きを、測定されるべき区間にわたって変える。その結果、ステップＳ_６において、測定装置と、測定されるべき区間との間で距離の個別測定が行われる。個別測定のこの測定シーケンスに対して、ステップＳ_７において各距離が突き止められ、ステップＳ_８において記憶媒体内に記憶される。ステップＳ_９において、測定装置と、測定されるべき区間との間の距離の目下の局部的極大値と極小値が求められる。しかし択一的に、測定装置と、測定されるべき区間との間の距離の少なくとも１つの極大値と少なくとも１つの極小値だけが求められ、記憶されてもよい。測定機器と、測定されるべき区間との間の横方向距離のこれらの求められた極値から、ステップＳ_１０において、公知の三角関数を用いて、所望の区間の長さが求められる。ステップＳ_１１では測定されるべき区間の長さないしは求められた極値が距離測定装置の出力ユニット、例えば光学式ディスプレイにおいて使用者に伝えられる。

本発明による方法の択一的な実施形態では例えば、それぞれに、測定旋回Ｓ_１１の間に既に進んだ距離、すなわち、測定信号によって走査され、上述した方法によって求められた目下の距離が、例えば距離測定装置のディスプレイ上に表示されることによって直接的に使用者に伝達される。このような測定モードでは、使用者は、所望の部分区間の長さを例えば直接的に壁上にとり、マークしておくことができる。

使用者ないし距離測定装置が特別な位置にある場合には、本発明の方法は、所望の区間の長さを、測定されるべき区間に対する、距離測定装置の横方向距離の１つの極小値と１つの極大値のみを用いて求めることもできる。しかしこの場合には、測定シーケンスが極小距離で開始、ないしは終了されることが必要である。このために使用者ないし距離測定装置は、測定されるべき区間に対して垂直に、かつこの区間の開始点ないし終了点の高さに位置しなければならない。本発明の距離測定装置は、本発明による方法のこの特別な場合を、別個の測定モードによって顧慮することができる。この測定モードは例えば操作領域４０の特別な操作キーによって選択される。殊に、評価ソフトウェアは次のように柔軟に構成される。すなわち、どの距離測定値（すなわち横方向距離の極小値または極大値）で使用者がその測定シーケンスを開始するかが重要でないように構成される。

この方法は殊に、特定の長さをとる（Abtragen）のにも適している。

この方法は、図５の概略図からわかるように、殊に、本発明の距離測定装置を角度センサとして使用することにも適している。はじめに測定装置２０、２２がある程度の区間Ｓ_ｗ（例えば壁、塀または天井）に沿って旋回され、この区間Ｓ_Ｗと距離測定装置２０ないし２２との間の最小間隔として鉛直が既知になると、この鉛直に対する各角度Φを直接的に計算することができる。すなわち、
Φ＝ａｒｃｃｏｓ（Ｓ_Ｌｏｔ／Ｓ_Φ）が当てはまる。

式中、距離Ｓ_Ｌｏｔは、距離測定装置２０、２２とスキャンされる区間Ｓ_Ｗとの間の、鉛直距離をあらわす。距離Ｓ_Φは、角度Φでの距離測定装置２０、２２と、スキャンされる区間Ｓ_Ｗとの間の距離をあらわす。さらにここからは当然ながら、２つの方向Ｓ_ΦとＳΦ’との間の角度Φ’も突き止められる。この角度は鉛直Ｓ_Ｌｏｔに相応しない。

本発明の方法ないし、本発明の方法を実行する距離測定装置は、図および属する説明に記載された実施形態に限定されない。

殊に本発明の方法は、光学式距離測定機器の使用に限定されない。本発明による方法は同じように、例えば、超音波距離測定器またはレーダー距離測定器によっても実現可能である。

本発明による方法を明確にするために区間長測定を概略的に示した図 測定状況の概略図における、本発明による方法の第１の実施例 択一的な測定状況の概略図における、本発明による方法の第２の実施例 本発明による方法の幾つかのステップを示すフローチャート 本発明による方法を使用した角度測定の概略図

Claims (4)

1. 区間（Ｓ）の長さを測定するための光学式距離測定装置（２０、２２）であって、当該距離測定装置は、少なくとも１つの入力手段（２４）と、記憶媒体と、計算ユニットとを有している装置において、
   ・前記測定装置（２０、２２）から測定されるべき区間（Ｓ）を横切る方向に、長さを測定するための１回の測定シーケンスが、前記入力手段（２４）を操作することによって開始され、
   ・前記１回の測定シーケンスが１回のスキャンとして行われ、
   ・当該１回の測定シーケンスの間に、距離の個別測定（１０〜１６）が、前記測定されるべき区間（Ｓ）の開始点（２６）から、測定されるべき区間（Ｓ）の終点（２８）まで行われ、当該各距離が前記記憶媒体内に記憶され、
   ・前記計算ユニットは、当該距離の少なくとも１つの極大値（１０、１６）と少なくとも１つの極小値（１３）を前記測定シーケンスから特定し、当該少なくとも１つの極大値（１０、１６）と少なくとも１つの極小値（１３）を用いて前記区間（Ｓ）の長さを求める、
   ことを特徴とする光学式距離測定装置。
2. 求められた区間の長さを伝達するために、少なくとも１つの出力ユニット（３８）を有している、請求項１記載の距離測定装置。
3. 前記装置は、変調された光ビームを送出するために、少なくとも１つの光源を有している、請求項１または２記載の距離測定装置。
4. 前記装置は手持ち式レーザー距離測定器である、請求項１から３までのいずれか１項記載の距離測定装置。

Images